肖建華，　周柏利，　夏　添，　張博宇，　劉　偉

(大連中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，遼寧 大連 116113)

2.2萬(wàn)DWT淺吃水油船設(shè)計(jì)分析

肖建華，周柏利，夏添，張博宇，劉偉

(大連中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，遼寧 大連 116113)

摘要:為給淺吃水油船的設(shè)計(jì)提供參考，以某公司在建的2.2萬(wàn)DWT淺吃水肥大型油船為例，簡(jiǎn)要介紹了該船的船型特點(diǎn)、主尺度、總布置、型線設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及輪機(jī)電氣設(shè)計(jì)，并介紹了其設(shè)計(jì)的獨(dú)特性。

關(guān)鍵詞:油船；船型特點(diǎn)；總布置；型線設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0引言

大連中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司為新加坡某成品油營(yíng)運(yùn)公司建造的2.2萬(wàn)DWT油船,主要營(yíng)運(yùn)新加坡附近等東南亞航線。這些航線普遍存在水深較淺的特點(diǎn)，船舶所有人要求船舶在遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)上又具備加油船功能?？紤]到這些特點(diǎn)，在建造該船時(shí)采用扁平、肥大、淺吃水設(shè)計(jì)，同時(shí)“扁平”型設(shè)計(jì)也有利于減少靜水彎矩和波浪彎矩，從而節(jié)省船體鋼材。

1概述

1.1船型

該2.2萬(wàn)DWT油船為雙機(jī)、雙槳、雙艉鰭、單甲板、方艉、雙層底、雙殼的艉機(jī)型船舶，設(shè)有傾斜艏柱。由2臺(tái)中速柴油機(jī)通過(guò)減速齒輪箱驅(qū)動(dòng)四葉定距槳推進(jìn)，并設(shè)有2臺(tái)由液壓舵機(jī)驅(qū)動(dòng)的襟翼懸掛舵。貨油艙和污油艙為雙底雙殼結(jié)構(gòu)；機(jī)艙為雙層底結(jié)構(gòu)，置于貨油艙和泵艙之后。

該船航區(qū)為無(wú)限航區(qū)，適于運(yùn)載閃點(diǎn)在60 ℃以下的散裝重燃油、柴油等成品油，主要設(shè)計(jì)為每次只裝載1種或2種油類(lèi)。

該船安裝了轂帽鰭、節(jié)能導(dǎo)管裝置和襟翼舵，能夠改善推進(jìn)性能、船舶的應(yīng)舵性能和回轉(zhuǎn)性能。

1.2主尺度及主要參數(shù)(見(jiàn)表1)

表1　2.2萬(wàn)DWT油船主尺度及主要參數(shù)

1.3總布置與穩(wěn)性

圖1　貨艙及邊壓載艙布置圖

該船既有遠(yuǎn)洋運(yùn)輸功能，又具備加油船功能。其貨艙及邊壓載艙布置見(jiàn)圖1。圖1中：貨油艙采用整體式液艙、雙殼雙底結(jié)構(gòu)，其縱、橫艙壁均采用垂直槽結(jié)構(gòu)形式，共有6對(duì)貨油艙(左、右舷)和1對(duì)污油艙(左、右舷)，其中污油艙在滿載出港工況下也可兼做貨油艙；雙層底和邊艙為6對(duì)專用壓載水艙(左、右舷)，其高度和寬度在滿足MARPOL公約要求的前提下，滿足航行工況穩(wěn)性計(jì)算中螺旋槳浸沒(méi)的要求。

為滿足船舶所有人的使用要求，詳細(xì)計(jì)算了包括進(jìn)塢、螺旋槳檢修、正常壓載進(jìn)出港、重壓載進(jìn)出港、不同組合的隔艙裝載設(shè)計(jì)吃水和結(jié)構(gòu)吃水進(jìn)出港、均質(zhì)裝載設(shè)計(jì)吃水和結(jié)構(gòu)吃水進(jìn)出港、低密度均質(zhì)裝載設(shè)計(jì)吃水和結(jié)構(gòu)吃水進(jìn)出港、MARPOL公約強(qiáng)制要求工況、IMO URS11強(qiáng)制要求的工況，船體梁總縱強(qiáng)度均能滿足各個(gè)工況的要求，初穩(wěn)性高度均滿足各個(gè)工況的要求，且有較大裕度。

由載重線公約定義可知，該船屬A型船;根據(jù)公約要求和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，該船選用B型干舷;其破艙穩(wěn)性選用確定性法計(jì)算，計(jì)算軟件為NAPA。在150 m<船長(zhǎng)<225 m的艉機(jī)型船的機(jī)艙前后壁各有一破損的前提下，校核不同組合的隔艙裝載設(shè)計(jì)吃水和結(jié)構(gòu)吃水進(jìn)出港、均質(zhì)裝載設(shè)計(jì)吃水和結(jié)構(gòu)吃水進(jìn)出港工況的破艙穩(wěn)性，經(jīng)過(guò)NAPA計(jì)算，船船底部和舷側(cè)無(wú)論何處出現(xiàn)破損,剩余浮力均能滿足要求。

2型線設(shè)計(jì)及模型試驗(yàn)驗(yàn)證

考慮到船舶所有人營(yíng)運(yùn)的航道具有淺吃水的特點(diǎn)，船舶所受的粘性阻力與興波阻力將不同于在深水水域中航行時(shí)的情況，主要體現(xiàn)在水與船體的相對(duì)速度增大；同時(shí)，船體興波的情況亦將受到影響，致使船的航態(tài)和阻力性能等均發(fā)生變化，即發(fā)生淺水效應(yīng)。

根據(jù)淺吃水扁平型設(shè)計(jì)以及Vs<0.5(gh^0.5)時(shí)，淺水中的阻力值較深水中的阻力值沒(méi)有明顯增加的理念，設(shè)計(jì)了型線并進(jìn)行了前期計(jì)算流體力學(xué)的初步驗(yàn)證(見(jiàn)圖2)，其快速性將利用船模試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。

圖2　型線圖

船模試驗(yàn)依據(jù)CB*/Z 326—1982一般排水量船模阻力試驗(yàn)方法、CB/T 346—1997螺旋槳模型敞水試驗(yàn)方法以及CB/Z 239—2008常規(guī)排水型船模雙槳自航試驗(yàn)方法進(jìn)行；試驗(yàn)水池為某研究所基礎(chǔ)研究部水池；試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果見(jiàn)圖3～圖5。

圖3　船模艉部輪廓

圖4　實(shí)船艉部輪廓

圖5　船模拖航試驗(yàn)

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制曲線(見(jiàn)圖6～圖8)。

圖6　有效功率曲線

圖7　剩余阻力系數(shù)曲線

圖8　敞水性征曲線

由圖6～圖8可知，服務(wù)航速為11.0 kn時(shí)的總阻力和有效功率。結(jié)果表明：船舶的快速性和日油耗均達(dá)到了船舶所有人的要求。另外，若航速超過(guò)13 kn,則阻力會(huì)明顯增加，因此該船的設(shè)計(jì)航速不宜超過(guò)13 kn, 實(shí)際選定的營(yíng)運(yùn)最大航速為12.5 kn。

3船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖9　中橫剖面圖

該船的規(guī)范船長(zhǎng)為148.2 m，船寬為36.0 m，長(zhǎng)寬比<5，需要對(duì)其營(yíng)運(yùn)過(guò)程中的最大中拱、中垂波浪彎矩和剪力做直接水動(dòng)力分析，并結(jié)合靜水彎矩對(duì)船體梁總縱強(qiáng)度進(jìn)行校核，其波浪彎矩和剪力的直接水動(dòng)力分析不同于常規(guī)船。此外，該船兩柱間長(zhǎng)(149.8 m)和規(guī)范船長(zhǎng)(148.2 m)均<150 m，無(wú)需滿足共同油船結(jié)構(gòu)規(guī)范CSR，僅滿足NK鋼制海船規(guī)范即可，巧妙地減少了共同結(jié)構(gòu)規(guī)范帶來(lái)的額外鋼結(jié)構(gòu)重量，增大了載重噸，提高了船廠的建造利潤(rùn)和船東的營(yíng)運(yùn)利潤(rùn)。

由于該船所裝載的貨物均為成品油類(lèi)，要求其密度不超過(guò)1.025 t/m3; 結(jié)構(gòu)構(gòu)件規(guī)范校核以及三艙段強(qiáng)度直接計(jì)算均按照該最小要求密度(1.025 t/m3)進(jìn)行核算，通過(guò)選用不同的縱骨間距，在滿足船體梁強(qiáng)度的同時(shí)兼顧最小的空船結(jié)構(gòu)重量。經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)算，縱骨間距選用800 mm，其典型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖9。

該船的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)為：

(1) 船體較寬，為保證其總縱強(qiáng)度滿足規(guī)范要求，全船均采用縱骨架式；

(2) 舯部位置設(shè)置一道垂直槽型縱艙壁，考慮到上甲板垂直槽型縱艙壁的剛性支撐，設(shè)置上頂墩; 底部為雙層底結(jié)構(gòu),已經(jīng)能夠形成一個(gè)剛性支撐，無(wú)需再設(shè)置下頂墩；

(3) 底部結(jié)構(gòu)不同于普通油輪,額外增加一道旁桁材；

(4) 根據(jù)國(guó)際海上人命安全公約檢驗(yàn)(SOLAS PMA)要求，舷側(cè)壓載艙利用結(jié)構(gòu)構(gòu)件作為一道檢驗(yàn)通道，從而滿足建造過(guò)程中的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，以及日后營(yíng)運(yùn)檢驗(yàn)的需求。

4輪機(jī)及電氣設(shè)計(jì)

圖10　壓載水處理裝置管線連接圖

作為常規(guī)成品油船，其輪機(jī)布置、管系設(shè)計(jì)以及電氣設(shè)計(jì)無(wú)特殊的地方，但是根據(jù)船舶所有人的要求，該船安裝了壓載水處理裝置。

目前強(qiáng)制要求普通商船安裝壓載水處理裝置的條件還未達(dá)到，大多數(shù)的船舶都只是在設(shè)計(jì)階段于機(jī)艙內(nèi)預(yù)留壓載水處理裝置空間，以備日后壓載水公約生效后安裝。為了海洋環(huán)境的友好，該船先于規(guī)范要求,安裝了壓載水處理裝置系統(tǒng)，其原理是過(guò)濾+紫外線(UV)照射。壓載過(guò)程見(jiàn)圖10，壓載水首先通過(guò)壓載泵,經(jīng)過(guò)濾濾掉尺寸>50 μm的雜質(zhì)及生物；隨后通過(guò)UV單元，將其他微小生物消滅后注入壓載艙。船舶排載過(guò)程中，壓載泵將壓載水從艙內(nèi)抽出,不再經(jīng)過(guò)過(guò)濾器，而是直接通過(guò)UV單元再次殺菌后排出。經(jīng)過(guò)該裝置處理過(guò)的壓載水不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，不會(huì)對(duì)海洋造成二次污染,不會(huì)對(duì)壓載艙及管路等造成腐蝕。此外，采用壓縮空氣對(duì)濾器進(jìn)行反沖洗,UV功率可根據(jù)壓載水流量自動(dòng)變頻調(diào)整，因此能同時(shí)達(dá)到節(jié)能的效果。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)2.2萬(wàn)DWT油船這一指定船型的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，簡(jiǎn)要介紹了該船的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、總體設(shè)計(jì)、型線設(shè)計(jì)、船模試驗(yàn)、型線快速性驗(yàn)證、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和輪機(jī)電氣設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)，限于篇幅，不一一進(jìn)行詳細(xì)分析、展開(kāi)，為以后的淺吃水油船設(shè)計(jì)提供一些有價(jià)值的建議。

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我國(guó)船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)正式上線

船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(Automatic Identification System, AIS)信息服務(wù)平臺(tái)近日正式上線運(yùn)行。今后，公眾可通過(guò)該平臺(tái)，免費(fèi)了解和掌握航行于我國(guó)沿海和內(nèi)河水域船舶的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

AIS由陸基岸臺(tái)和船載電臺(tái)構(gòu)成，在船—船、船—岸之間采集和交換船舶實(shí)時(shí)位置、航向、航速等船舶航行動(dòng)態(tài)信息，船舶尺度、所載貨物等船舶靜態(tài)信息和相關(guān)的安全信息。據(jù)交通運(yùn)輸部海事局介紹，AIS平臺(tái)可提供我國(guó)及全球部分水域的船舶交通實(shí)況的綜合服務(wù)。

按照國(guó)際公約及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，交通運(yùn)輸部海事局已在我國(guó)建設(shè)了402座AIS岸基臺(tái)站，覆蓋全國(guó)沿海及內(nèi)河高等級(jí)航道和相關(guān)水域。

收稿日期：2014-11-28

作者簡(jiǎn)介：肖建華(1979—)，男，遼寧葫蘆島人，工程師，主要從事CSR大型油輪、FPSO、綠色環(huán)保型OSU的設(shè)計(jì)與研究。

文章編號(hào)：1674-5949(2015)01-027-05

中圖分類(lèi)號(hào)：U662

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Design and Analysis of 22 000 DWT Tanker

XiaoJianhua，ZhouBaili，XiaTian，ZhangBoyu，LiuWei

(COSCO (Dalian) Shipyard Co., Ltd, Dalian 116113,China)

Abstract:This paper briefly introduces the typical design idea, the main particulars and general arrangement, the hull form design and structural design, and the machinery and electrical designs. The exclusive characteristics of 22,000 DWT tanker built in the company is presented.

Key words:tanker; ship type; general arrangement; hull form design; structure design